Das Projekt HERCULES will eine thermochemische Wärmespeicherung entwickeln, die mit erneuerbarer Elektrizität gespeist wird und für industrielle Heizanwendungen geeignet ist.
Credit:
Petmal
Rund um die Uhr erneuerbare Wärmeversorgung für industrielle Hochtemperaturprozesse
Laufzeit: 1.6.2023 - 31.5.2027
Eine Mehrheit von industriellen Prozessen ist auf konstante Temperaturwärme angewiesen, die von sensiblen Wärmespeichersystemen – also solchen, die fühlbar ihre Temperatur verändern – nicht geliefert werden kann. Das EU-finanzierte Projekt HERCULES soll dafür eine Lösung bieten. Das Projekt-Konsortium entwickelt einen innovativen Ansatz zur Speicherung überschüssiger erneuerbarer Wärmeenergie über ein hybrides thermochemisches/sensibles Wärmespeicherungskonzept.
Dies soll mithilfe poröser Medien aus feuerfesten Redox-Metalloxiden und elektrisch betriebenen Heizelementen umgesetzt werden. Die spezifischen Redox-Oxide sind in der Lage, beim Erhitzen/Abkühlen in direktem Kontakt mit Luft reversible Reduktions-/Oxidationsreaktionen durchzuführen. Dabei kann Wärme freigesetzt (exotherme Reaktion) oder entzogen werden (endotherme Reaktion).
Strom aus erneuerbaren Energiequellen
Die Heizelemente nutzen überschüssigen/günstigen Strom aus erneuerbaren Energiequellen (zum Beispiel aus Photovoltaik, Windenergie oder anderen erneuerbaren Quellen), um den porösen, auf Metalloxid basierenden Speicherblock durch Erhitzen aufzuladen (Lade-/Energiespeicherschritt). Die Energie wird sowohl sensibel als auch thermochemisch durch eine endotherme Reduktionsreaktion in der porösen Oxidstruktur gespeichert.
Anschließend kann bei Bedarf das vollständig geladene System seine Energie an einen kontrollierten Luftstrom mit niedriger Temperatur zurückgeben. Dieser durchströmt den porösen Oxidblock und löst die exotherme Oxidation des reduzierten Metalloxids aus. So entsteht in diesem Schritt ein Heißluftstrom, der als nutzbare Wärme für industrielle Prozesse bereitgestellt werden kann.
Das Hauptziel von HERCULES ist die Bereitstellung von industrieller Wärme in einem breiten Temperaturbereich, wobei der Schwerpunkt auf dem hohen Temperaturbereich liegt. Dies soll durch ein integriertes Elektrifizierungskonzept erreicht werden, das zu 100 Prozent auf erneuerbaren Energiequellen basiert und die Nutzung jeglicher Abwärme in den Zielprozessen ermöglicht.
HERCULES-Methode bietet Vorteile für die Industrie
Das Projekt sieht vor, vorhandene Produkte und Komponenten (kostengünstige Widerstandsheizungen, gasporöse Feststoffwärmetauscher) mit neuartigen, maßgeschneiderten Konfigurationen aus kostengünstigen und reichlich vorhandenen Materialien zu kombinieren. Diese Methode bietet erhebliche betriebliche Vorteile wie eine hohe Speicherwärmedichte, einen geringen Druckabfall, Robustheit im Verlauf des mehrzyklischen Lade-/Entladevorgangs, Kompatibilität mit bestehenden industriellen Prozessen und geringe Wärmeverluste, die durch neuartige Wärmedämmlösungen erzielt werden.
Der Ansatz kann die Herausforderungen überwinden, die mit den derzeit vermarkteten/untersuchten Hochtemperatur-Wärmespeicherlösungen verbunden sind, da:
Der Prozess speichert Wärme sowohl in sensibler als auch in chemischer Form, sodass im Vergleich zu Wärmespeichersystemen, die nur sensible Wärme speichern, eine mehr als 2,5-fache Speicherdichte erreicht werden kann. Aufgrund der hohen Energiedichte könnte das kompakte System die Wärmeübertragung innerhalb des Systems weiter verbessern.
Das Konzept wird eine konstante Temperaturwärme liefern, die für die meisten industriellen Prozesse geeignet ist, die konstante Temperaturanforderungen haben. Das steht im Gegensatz zu stationären sensiblen Speichersystemen, die eine variable Temperaturabgabe liefern.
Das gasporöse Feststoff-Wärmespeichersystem wirkt als Wärmetauscher, wodurch ein separater Lufterhitzer nicht mehr notwendig ist. Somit wird das Gesamtsystem vereinfacht, die Kosten gesenkt und die Skalierbarkeit verbessert.
Das HERCULES-System kann während des Entladens sauerstoffreiche Luft bereitstellen, was bei vielen Prozessen wie der Stahlherstellung, dem Recycling mittels Pyrolyse – einem thermochemischen Umwandlungsprozess – und in der chemischen Industrie wünschenswert ist und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses im Vergleich zu sensiblen Wärmespeichersystemen verbessern kann.
Die Verwendung von kostengünstigen und flexiblen Heizelementen in HERCULES wird die Kosten senken und im Vergleich zu Speichersystemen mit extrem hohen Temperaturen (über 1.200 Grad Celsius) eine größere Flexibilität bei der Gestaltung des Speichers bieten.
Das Projekt HERCULES wird ein Redoxmaterial entwickeln, das bei niedrigeren Temperaturen reduziert werden kann und somit Flexibilität bei der Eindämmung, Isolierung, dem Material der Heizelemente und der Gestaltung bietet.
Das Forschungsprojekt wird von einem interdisziplinären Konsortium durchgeführt, das sich aus führenden Forschungszentren, Universitäten, innovativen kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) sowie großen Unternehmen, einschließlich Anbietern von Zusatzleistungen und Technologie-Endnutzern, zusammensetzt.
Weitere Informationen gibt es auf der Projektwebseite:
Gefördert durch die Europäische Kommission im Rahmen des HORIZON EUROPE, RIA – Research and Innovation Actions-Programms HORIZON-CL5-2022-D4-01-05, unter der Grant Agreement-Nummer 101104182.
